Antialiasingové filtry a stabilizátory napětí

Vyhlazovací filtry jsou navrženy pro snížení usměrněného zvlnění napětí. Vyhlazení zvlnění se hodnotí faktorem vyhlazení q.

Hlavními prvky vyhlazovacích filtrů jsou kondenzátory, induktory a tranzistory, jejichž odpor je odlišný pro stejnosměrné a střídavé proudy.

Podle typu filtračního prvku se rozlišují kapacitní, indukční a elektronické filtry. Podle počtu filtračních odkazů se filtry dělí na jednolinkové a vícelinkové.

Kapacitní filtr je kondenzátor s velkou kapacitou, který je zapojen paralelně se zatěžovacím rezistorem Rn. Kondenzátor má vysoký stejnosměrný odpor a nízký střídavý odpor. Uvažujme provoz filtru na příkladu obvodu půlvlnného usměrňovače (obr. 1, a).

Obrázek 1-Jednofázový půlvlnný usměrňovač s kapacitním filtrem: a) obvod b) časová schémata činnosti

Protéká-li kladná půlvlna v časovém intervalu t0 — t1 (obr. 2.63, b), teče zatěžovací proud (diodový proud) a nabíjecí proud kondenzátoru.Kondenzátor je nabitý a v čase t1 napětí v kondenzátoru překročí úbytek napětí sekundárního vinutí — dioda se sepne a v časovém intervalu t1 — t2 je proud v zátěži zajištěn vybitím kondenzátoru. Che. proud v zátěži teče neustále, což výrazně snižuje zvlnění usměrněného napětí.

Čím větší je kapacita kondenzátoru Cf, tím menší je buzení. To je určeno dobou vybíjení kondenzátoru — časovou konstantou vybíjení τ = СfRн. Při τ> 10 je koeficient vyhlazení určen vzorcem q = 2π fc m Cf Rn, kde fc je frekvence sítě, m je počet půlperiod usměrněného napětí.

Při nízkých výkonech zátěže se doporučuje použít kapacitní filtr s vysokoodporovým zatěžovacím odporem RH.

Indukční filtr (tlumivka) je zapojen do série s Rn (obr. 3, a). Indukčnost má nízký DC odpor a vysoký AC odpor. Vyhlazení zvlnění je založeno na jevu samoindukce, která zpočátku brání nárůstu proudu a následně jej podporuje jeho snižováním (obr. 2, b).

Obrázek 2-Jednofázový půlvlnný usměrňovač s indukčním filtrem: a) obvod, b) časová schémata činnosti

Indukční filtry se používají v usměrňovačích středního a vysokého výkonu, to znamená v usměrňovačích pracujících s velkými zatěžovacími proudy.

Koeficient vyhlazení je určen vzorcem: q = 2π fs m Lf / Rn

Činnost kapacitního a indukčního filtru je založena na skutečnosti, že při toku proudu odebíraného sítí kondenzátor a induktor ukládají energii, a když proud ze sítě neteče, nebo se snižuje, prvky dávají vypnutí akumulované energie, udržení proudu (napětí) v zátěži.

Vícecestné filtry využívají vyhlazovacích vlastností kondenzátorů i tlumivek. U nízkovýkonových usměrňovačů, kde je odpor zatěžovacího rezistoru několik kOhmů, je místo tlumivky Lf zařazen rezistor Rf, který výrazně snižuje hmotnost a rozměry filtru.

Obrázek 3 ukazuje typy LC a RC žebříkových filtrů.

Obrázek 3-Vícenásobné filtry: a) LC ve tvaru L, b) LC ve tvaru U, c) RC filtr

Stabilizátory jsou určeny ke stabilizaci konstantního napětí (proudu) zátěže při kolísání síťového napětí a změnách proudu odebíraného zátěží.

Stabilizátory se dělí na stabilizátory napětí a proudu a dále na parametrické a kompenzační. Stabilita výstupního napětí se hodnotí stabilizačním faktorem Kst.

Parametrický stabilizátor založený na použití prvku s nelineární charakteristikou - polovodičová zenerova dioda.Napětí zenerovy diody je téměř konstantní s výraznou změnou zpětného proudu zařízením.

Obvod parametrického stabilizátoru je znázorněn na obrázku 4. Vstupní napětí UBX je rozděleno mezi omezovací rezistor Rlim a paralelně zapojenou zenerovu diodu VD a zatěžovací rezistor Rn.

Obrázek 4 – Parametrický stabilizátor

S rostoucím vstupním napětím se bude zvyšovat proud zenerovou diodou, což znamená, že proud omezovacím rezistorem vzroste a dojde na něm k většímu poklesu napětí a napětí zátěže zůstane nezměněno.

Parametrický stabilizátor má Kst řádově 20-50. Nevýhodou tohoto typu stabilizátorů jsou nízké stabilizační proudy a nízká účinnost.

Parametrické stabilizátory se používají jako pomocné zdroje napětí, stejně jako když je zatěžovací proud malý - ne více než stovky miliampérů.

Kompenzační stabilizátor využívá proměnný odpor tranzistoru jako omezovací odpor. Se zvyšujícím se vstupním napětím se zvyšuje i odpor tranzistoru, odpovídajícím způsobem se snižujícím se napětím odpor klesá. V tomto případě zůstává napětí v zátěži nezměněno.

Obvod stabilizátoru tranzistorů je na obrázku 5. Princip regulace výstupního napětí URn je založen na změně vodivosti regulačního tranzistoru VT1.

Obrázek 5 – Schéma kompenzačního regulátoru napětí

Na tranzistoru VT2 je sestaven obvod pro porovnávání napětí a stejnosměrný zesilovač. V jeho základním obvodu je obsažen měřicí obvod R3, R4, R5 a v obvodu emitoru zdroj referenčního napětí R1VD.

Například se zvýšením vstupního napětí se zvýší i výstup, což povede ke zvýšení napětí na bázi tranzistoru VT2, zatímco potenciál emitoru VT2 zůstane stejný.To povede ke zvýšení proudu báze, a tím i kolektorového proudu tranzistoru VT2 — potenciál báze tranzistoru VT1 se sníží, tranzistor se uzavře a dojde na něm k většímu poklesu napětí a výstupní napětí se sníží. zůstat beze změny.

Stabilizátory se dnes vyrábějí ve formě integrovaných obvodů. Typické schéma zapnutí integrovaného stabilizátoru je na obrázku 6.

Obrázek 6 – Typické schéma pro zapnutí vestavěného stabilizátoru napětí

Označení výstupů mikroobvodu stabilizátoru: «IN» — vstup, «OUT» — výstup, «GND» — společné (pouzdro). Pokud je stabilizátor nastavitelný, pak je zde výstup «ADJ» — nastavení.

Volba stabilizátoru je založena na hodnotě výstupního napětí, maximálním zatěžovacím proudu a rozsahu kolísání vstupního napětí.